Department of Physics

Elektronik 2

Die Vorlesung behandelt überwiegend Themen, die für die elektrische Messtechnik nötig sind, vor allem Signalerfassung.
Da es sowohl in der Experimentalphysik als auch in der Medizintechnik ähnliche Anforderungen gibt (Erfassung von kleinen Signalen in einer möglicherweise gestörten Umgebung) ist hier eine große Überschneidung der Themen für beide Teilnehmergruppen gegeben.

Zielgruppe: Studierende der Fächer Physik und Medizintechnik.

Für Lehramtstudiernde wird die Veranstaltung "Microcontroller" angeboten. Interessierte Lehramtstudierende, die Elektronik 1 besucht haben und ihr Wissen vertiefen wollen, können gerne teilnehmen (wurde in der Vergangenheit von einzelnen Kandidaten auch genutzt). Der Stoff geht aber über den Bedarf an Schulen hinaus. In dieser Vorlesung werden wir beim Thema Microcontoller tiefer und näher an der Hardwareebene einsteigen.

Die Zahlen bei den Überschriften bezeichnen die Vorlesungsstunden. Die Vorlesung ist modular aufgebaut, das heisst, die Themen können bei entsprechendem Interesse auch einzeln gehört werden (Ausnahme: 9. baut auf 7 + 8. auf). Dies aufgrund der Nachfrage aus den Instituten von Absolventen praktischer Arbeiten. Natürlich ist eine Prüfung nur über die gesamte Vorlesung möglich.

Im Wintersemester 2020/2021 wird die Vorlesung aufgrund der Covid-19 Einschränkungen als Online-Format angeboten werden.
Die Termine stehen asynchron in Ilias zur Verfügung, sobald sie aufgenommen sind. ILIAS Link und Kurspasswort sind auf der Info Seite (Uni Login erforderlich) verfügbar. Fertig gestellte Einheiten sind mit "(online ILIAS)" gekennzeichnet.

Die Handouts stehen weiterhin dort, wo sie auch für die Präsenzveranstaltung stehen: auf der Info-Seite (verlinkt bei den Themen)

Themen der Vorlesungsstunden (WS 2020/21):

1-3 . Microcontroller (online ILIAS)

anhand von Kleinprozessoren / integrierte Microcontroller (Beispiel ATmega Serie)
wesentlichen Grundlagen eines Prozessors
Programmiertechniken bei Hardware - naher Programmierung
Schnittstellen

Technologien in aktuellen Computern.
Sie benötigen die Handouts "Microcontroller" und "Serielle Schnittstellen" von der Info Seite.

4+5. Programmierbare Schaltungen (CPLD, FPGA) (online ILIAS)

und Beschreibungssprachen (VHDL, Verilog, ABEL)
das Gelernte gilt auch für ASICs

Sie benötigen die Handouts "Beispiel-Code", UCF_File" und "zugehöriges Blockschaltbild" von der Info Seite.

Diese beiden Themen (Termine 1-5) am Anfang, weil sie im begleitenden Praktikum viel Zeit einnehmen. Gerade hier ist die praktische Erfahrung wichtig.

6. DA - AD Wandlung (online ILIAS)

(Voraussetzung für digitale Verarbeitung, Messwerterfassung)
Wandlertypen (Verfahren, Eigenschaften)
Auflösung, Linearität, Spezialitäten (HF DACs funktionieren oft nur mit Filtern)

Sie benötigen das Handout "DA /AD Wandler" von der Info Seite.

7+8. Regelungstechnik (online ILIAS)

Regelstrecken
Bode-Diagram und Sprungantwort (Bedeutung der Phase, häufigster Fehler!)
Reglertypen (P I D), Zustandsregelung
Dimensionieung von Regelungen
Beobachter als Hilfsmittel für Zustandsregelung
Phasenregelschleife PLL

Sie benötigen das Handout "Regelungstechnik" von der Info Seite.

9. Stromversorgung (online)

(baut auf Kapitel 7+8. Regelungstechnik als Voraussetzung auf)

Linearregeler, Spezialfall Low Drop Regler
Schaltregler: Diverse Topologien mit Spulen und Übertragern

Sie benötigen das Handout "Stromversorgung" von der Info Seite.

10. Leitungstheorie (online)

Wellenwiderstand
Abschluss
Single-ended, differentiell (Koax - twisted pair)
Time Domain Reflectometer TDR
Auswirkung von nicht abgeschlossenen Leitungen auf Messergebnisse

Sie benötigen das Handout "Leitungstheorie" von der Info Seite.

11. Vierpole (Kurzeinführung, Vorstellung) (online)

Vor allem der Nutzen: Hintereinanderschaltung ohne Rückwirkung
(In der Praxis werden beispielsweise beim Network Analyzer vor allem die S-Parameter verwendet, die klassischen Vierpolparameter kaum)
Filter ( <-> Vierpoltheorie )

Sie benötigen das Handout "Vierpole" von der Info Seite.

12. Spezialitäten, eventuell weitere nach Bedarf der Teilnehmer:
(online)

Messtechnik:
Das Prinzip der Synchrongleichrichtung und Anwendung (Lock-In Verstärker, Spectrum Analyzer, Network Analyzer)

Sie benötigen das Handout "Synchrongleichrichtung" von der Info Seite.

Differentielle Übertragung. Vermeidung von Störungen durch Gleichtaktunterdrückung.

Messwerterfassung: Störquellen, Fehlerbetrachtung

Übungsaufgaben (Zoom Meeting oder hoffentlich als Präsenzveranstaltung)

Besprechung der Übungsaufgaben + ehemalige Klausur. Rechnen Sie die Aufgaben vorher, dann haben Sie mehr davon.

Info-Seite

Weitere Informationen für die Teilnehmer der Vorlesung gibt es auf der Info-Seite, für die Sie mit ihrem Uni-Login angemeldet sein müssen.

Ort:

Leider nur online (siehe oben). Die ersten Einheiten sind schon produziert und auf ILIAS eingestellt.
Sie sollten die Vorlesung nach Semseterwoche abgearbeitet haben, wenn Sie am Praktikum teilnehmen, denn das Gelernte ist Voraussetzung für das Praktikum.

Zeit:

Online

Prüfung:

Di, 2.3.2021, 9:30 - 10:30 Uhr, Raum: D4A19  D-Bau Ebene 4 bei den Aufzügen.
Dauer: 1 Stunde, schriftliche Klausur, Termin mit Raum auch in Alma eingetragen.

Die Anmeldung zur Prüfung wird in Alma stattfinden. Melden Sie sich zu dieser Veranstaltung in Alma an, damit ich Sie benachrichtigen kann, wenn die Prüfungsanmeldungen freigeschaltet sind.

Nachklausur steht noch nicht fest und wird nur bei hoher Durchfallquote stattfinden, die in der Regel nicht auftritt.

Zugelassene Hilfsmittel: alle außer Kommunikation nach außen, d.h. Smartphones und Computer/Laptop etc. sind nicht zugelassen.

Anrechnung (NWT, Physik Bachelor, Medizintechnik, Umwelttechnik Modul EL2)

3 ECTS Punkte für Vorlesung allein
3 ECTS Punkte für Vorlesung + 3 ECTS Punkte für das Praktikum

Praktikum allein kann nicht angerechnet werden.

Physik Bachelor: Die Veranstaltung ist eher für das 5. oder 7. Semseter vorgesehen.
Im 3. Semester kollidiert sie mit einer Mathematik-Vorlesung.
Sinnvollerweise belegen Sie diese Veranstaltung, wenn Sie näher an ihren praktischen Arbeiten sind.

Voraussetzung:

Inhalt der Vorlesung Elektronik1.
Interessenten mit Vorkenntnissen in der Wechselstromrechnung und Grundkenntnissen in der Elektronik können auch ohne den Besuch der Elektronik 1 teilnehmen.
Aus dem Sommersemester 2020 ist die Vorlesung Elektronik1 in Einzelsessions vorhanden. Falls Sie Nachholbedarf haben, können Sie die Einheiten ansehen, gekennzeichnet mit 00_x_Name in  ILIAS. Diese Einheiten aus Elektronik 1 sind aber nicht prüfungsrelevant für Elektronik 2.

Beide Elektronikvorlesungen werden im Wechsel angeboten. Derzeit Elektronik 1 im SoSe und Elektronik 2 im WiSe.

Praktikum

Zur Vorlesung passend und empfohlen das Elektronik Praktikum 2